生体膜共役輸送系の進化と生理-海産藻類はNa+を必須とするか

• 研究課題/領域番号: 16K14786
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 進化生物学
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 三村 徹郎 神戸大学, 理学研究科, 教授 (20174120)
• 研究協力者: 大西 美輪 ; 川井 浩史 ; 井阪 若菜
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2017年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2016年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 共役輸送 / ナトリウムイオン / リン酸 / アオサ / シャジクモ / 膨圧調節

研究成果の概要

生体膜共役輸送系はH＋共役型とNa＋共役型が知られていて、陸上植物の祖先種シャジクモのリン酸輸送系はNa＋型である。この共役輸送系の進化を明らかにするために、汽水産緑藻類ヒラアオノリを用いて、生体膜共役輸送系の分子基盤と進化を明らかにすることを目指した。ヒラアオノリは、Na＋欠乏条件でも成長速度は落ちるが生育できること、必須栄養塩のリン酸の輸送が、H＋型とNa＋型であることを明らかにした。発現RNAの解析から、細胞膜に存在する二つのリン酸輸送体遺伝子の存在を見いだした。さらに、シャジクモのリン酸輸送体遺伝子のNa＋依存性を、アフリカツメガエル未受精卵を用いた実験系で確認した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

生体膜共役輸送系は、栄養の取り込みや老廃物の排出に働き、細胞存続の基盤となる輸送系である。H＋共役型とNa＋共役型が知られていて、植物と動物を区別する大きな要素である。陸上植物は、H＋共役型を持つことが知られている。本研究から陸上植物の祖先種であるシャジクモやアオサ類は、H＋型やNa＋型を持つことが明らかとなった。これら共役輸送系は、古くはH＋共役型から進化したと考えられているが、陸上植物の祖先種の植物群がNa＋型も持つことから、これらの共役輸送系がどのように進化してきたのかを、もう一度検討し直すことが必要となる。

研究成果

• [国際共同研究] アデレード大学(オーストラリア)
• [国際共同研究] チューリッヒ大学(スイス)
• [国際共同研究] 原子力・代替エネルギー庁(フランス)
• [国際共同研究] University of Adelaide(オーストラリア)
• [国際共同研究] Himachal Pradesh University(インド)
• [国際共同研究] University of Adelaide(オーストラリア)
• [国際共同研究] Zurich University(スイス)
• [雑誌論文] Organelle DNA degradation contributes to the efficient use of phosphate in seed plants. (2018)
  • 著者名/発表者名: Takami T. Ohnishi N. Kurita Y, Iwamura S, Ohnishi M. Kusaba M. Mimura T. and Sakamoto W.
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 4 号: 12 ページ: 1044-1055
  • DOI: 10.1038/s41477-018-0291-x
  • NAID: 120006627286
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Molecular Components of Arabidopsis Intact Vacuoles Clarified with Metabolomic and Proteomic Analyses (2018)
  • 著者名/発表者名: Miwa Ohnishi, Aya Anegawa, Yuko Sugiyama, Kazuo Harada, Akira Oikawa, Yasumune Nakayama, Fumio Matsuda, Yukiko Nakamura, Ryosuke Sasaki, Chizuko Shichijo Patrick G. Hatcher, Hidehiro Fukaki, Shigehiko Kanaya, Koh Aoki, Mami Yamazaki, Eiichiro Fukusaki, Kazuki Saito, Tetsuro Mimura
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 69 ページ: 1353-1362
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy069
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Wood structure of Populus alba formed in a shortened annual cycle system. (2018)
  • 著者名/発表者名: Baba Kei’ ichi *, Kurita Yuko, Mimura Tetsuro
  • 雑誌名: J. Wood Science 巻: 64 号: 1 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1007/s10086-017-1664-x
  • NAID: 40021470912
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cadmium-induced changes in vacuolar aspects of Arabidopsis thaliana. (2017)
  • 著者名/発表者名: Shanti S. Sharma, Kotaro Yamamoto, Kohei Hamaji, Miwa Ohnishi, Aya Anegawa, Shashi Sharma, Sveta Thakur, Vijay Kumar, Tomohiro Uemura, Akihiko Nakano, Tetsuro Mimura
  • 雑誌名: Plant Physiol Biochem. 巻: 114 ページ: 29-37
  • DOI: 10.1016/j.plaphy.2017.02.017
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Plastidial Folate Prevents Starch Biosynthesis Triggered by Sugar Influx into Non-Photosynthetic Plastids of Arabidopsis (2017)
  • 著者名/発表者名: Hayashi Makoto、Tanaka Mina、Yamamoto Saki、Nakagawa Taro、Kanai Masatake、Anegawa Aya、Ohnishi Miwa、Mimura Tetsuro、Nishimura Mikio
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 58 号: 8 ページ: 1328-1338
  • DOI: 10.1093/pcp/pcx076
  • NAID: 120006473630
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Inositol hexakis phosphate is the seasonal phosphorus reservoir in the deciduous woody plant Populus alba L. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kurita, Y., Baba, K., Ohnishi, M., Matsubara, R., Kosuge, K., Anegawa, A., Shichijo, C., Ishizaki, K., Kaneko, Y., Hayashi, M., Suzaki, T., Fukaki, H., Mimura, T.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 58 号: 9 ページ: 1477-1485
  • DOI: 10.1093/pcp/pcx106
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of ice plant (Mesembryanthemum crystallinum L.) microRNAs using RNA-Seq and their putative roles in high salinity responses in seedlings. (2016)
  • 著者名/発表者名: Chiang Chih-Pin, Yim Won Cheol, Sun Ying-Hsuan, Ohnishi Miwa, Mimura Tetsuro, Cushman John Chandler, Yen Hungchen Emilie
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 7 ページ: 1143-1143
  • DOI: 10.3389/fpls.2016.01143
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] シャジクモ細胞膜リン酸輸送体の分子機能解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 三村 徹郎;大西 美輪;村西 直樹;藤原 ひとみ;石崎 公庸;深城 英弘;西山 智明;坂山 英俊;Rob J. Reid;且原 真木
  • 学会等名: （公社）日本植物学会第82回大会
• [学会発表] 根系の光環境が植物のリン酸応答に与える影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 吉岡 優介;大西 美輪;石崎 公庸;木下 俊則;深城 英弘;三村 徹郎
  • 学会等名: （公社）日本植物学会第82回大会
• [学会発表] 駆け巡るリン (2017)
  • 著者名/発表者名: 三村 徹郎
  • 学会等名: 日本植物学会第81回大会
  • 招待講演
• [学会発表] 汽水産緑藻 Ulva compressa のNa+に依存した成長とリン酸の取り込みについて (2017)
  • 著者名/発表者名: 井阪 若菜; 寺内 真; 大西 美輪; 羽生田 岳明; 市原 健介; 山崎 誠和; 石崎 公庸; 深城 英弘; 河野 重行; 川井 浩史; 新免 輝男; 三村 徹郎
  • 学会等名: 日本植物学会第81回大会
• [学会発表] 根系の光環境が植物のリン応答に及ぼす影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉岡 優介; 大西 美輪; 石崎 公庸; 深城 英弘; 三村 徹郎
  • 学会等名: 日本植物学会第81回大会
• [学会発表] 落葉木本植物ポプラの季節的なリン転流機構の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 栗田 悠子; 菅野 里美; 杉田 亮平; 廣瀬 農; 大西 美輪; 手塚 あゆみ; 出口 亜由美; 小菅 桂子; 石崎 公庸; 深城 英弘; 田野井 慶太朗; 中西 友子; 馬場 啓一; 永野 惇; 三村 徹郎
  • 学会等名: 日本植物学会第81回大会
• [学会発表] A shortened annual cycle system; a tool for laboratory studies of seasonal phenomena in trees (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuko Kurita, Satomi Kanno, Ryohei Sugita, Atsushi Hirose, Miwa Ohnishi, Ayumi Tezuka, Ayumi Deguchi, Keiko Kosuge, Kimitsune Ishizaki, Hidehiro Fukaki, Keitaro Tanoi, Tomoko M. Nakanishi, Kei’ichi Baba, Tetsuro Mimura, Atsushi J. Nagano
  • 学会等名: Taiwan-Japan Plant Biology 2017
  • 国際学会
• [学会発表] 汽水産緑藻 Ulva prolifera の Na + に依存した成長と リン酸の取り込みについて (2017)
  • 著者名/発表者名: 井阪 若菜;大西 美輪;羽生田 岳昭;市原 健介;山崎 誠和;石崎 公庸;深城 英弘;河野 重行;川井 浩史;新免 輝男;三村 徹郎
  • 学会等名: 日本藻類学会第41回大会
  • 発表場所: 高知大学
• [学会発表] Molecular components of vacuoles and their possible functions in plant cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Tetsuro Mimura, Miwa Ohnishi, Aya Anegawa, Kotaro Yamamoto, Yuko Kurita, Katsuhisa Yoshida
  • 学会等名: （一社）日本植物生理学会第58回年会
  • 発表場所: 鹿児島大学
  • 招待講演
• [学会発表] Ulva prolifera のナトリウム依存性の成長量変化について (2016)
  • 著者名/発表者名: 井阪 若菜;大西 美輪;羽生田 岳昭;市原 健介;石崎 公庸;深城 英弘;河野 重行;川井 浩史;新免 輝男;三村 徹郎
  • 学会等名: （公社）日本植物学会 第80回大会
  • 発表場所: 沖縄県コンベンションセンター
  • 年月日: 2016-09-16